混沌图文加密系统是由发送终端和接收终端组成,通过电子邮件方式传送图文信号,混沌内部参数可由用户预置并通过硬件方式动态存取,实现了设备的设计无关性和用户独占性的安全保障,并设计了一套把用户密钥由独立通道自动安全传送的装置,提高了系统应用的智能化程度。复合利用混沌映射的特性进一步使加密复杂化。

一、混沌流密码的复合和串接处理

著名的Logistic映射属一维混沌映射,采用了其中一种方程形式:

Xk+1 =1-μXk2 μ ∈(0,2) X∈[-1,1]

其产生的混沌序列均值为零,自相关为δ函数,互相关为零,其概率统计特性属噪声特性。

Henon映射属二维混沌映射,表达式为:

Xk+1=1+Yk-aXk2

Y k+1=bXk

其随机性相对于前者稍弱,但目前尚无严格的数学证明。利用上述两类被最广泛研究的混沌映射产生流密码,进行如下的复合处理以实现混沌掩盖通信和增加复杂度:

(1)产生混沌掩盖信号S(t)′

S(t)′=p+S(t)

其中,S(t)为待加密信号,p为混沌信号 而 p′=λn Xk mod q (λ,n,q为整数)

p ← p′取整

(2)数据位坐标置乱技术

k ← 交换位置 → (k+p) mod n(n为文件大小) 其中,k为数据位位置序号。

(3)进行复合串接处理

两种混沌映射可分别选择混沌掩盖方式或坐标置乱方式,或同时选择同一方式,并进行复合串接处理。

(4)由混沌映射产生原始流密码

按另外的混沌序列关系随机抽取,组成新的随机流密码,然后再按(3)进行运算,能进一步增强加密处理随机性和复杂性。

二、图文混沌加密的实际结果

启动系统的收/发终端设备,采取收/发电子邮件的方式,用户输入随选密码(1~16位),便能完成加密和解密过程。

如上所述,用户加密密钥通过另外的独立安全通道传送给解密方。 实际应用结果列举如下:

1、下图是视网膜血管的加/解密图像,(a)是原视网膜血管图像,(b)是图片文件加密后的传送图像,(c)是接收后密钥错误的解密图像,即使密钥仅小数点后15位有微小不同,也无法正确解密,(d)是正确解密的图像。

_互联网混沌图文加密应用系统

2、另外一个例子,如图所示:

_互联网混沌图文加密应用系统

(a)是图文混合的文件,(b)~ (d) 的情况与 第一个例子相同,其中(b)﹑(c)只显示部分内容。

二、加密系统的抗攻击能力比较

传统密码学已有成熟的定量评估准则和表达式,混沌现象的应用从整体来看仍处于研究实验阶段,仍未形成一套测试和评估基准。混沌现象定量的理论分析评估准则的研究和建立,恐怕还有很长的一段路要走。抗攻击程度目前主要通过分析混沌密钥参数空间的能力来与传统密码学进行相对比较。加密算法称为计算上安全的两个准则是:

破译密文的代价超过被加密信息的价值,破译密文所花的时间超过信息的有用期,满足其中之一便称计算上安全。

混沌加密系统采取Logistic和Henon两种被广泛研究的映射,其中混沌序列整型参数约10个,双精度浮点型映射参数3个。

另外,理论上已证明了:不同初值序列之间的互相关函数为零。

三、在加密图文传输中的应用前景

按照国家信息化战略的总体要求,要以全社会的信息和知识资源的开发利用为核心,以信息技术和信息产业为基础,以信息网络为平台,以信息应用为主体,以信息人才、政策法规环境为依托,全面推动政府信息化、社会领域信息化、企业信息化家庭和社区信息化以及区域信息化,建立健全信息化体系。

党的十六大报告中指出:深化行政管理体制改革。进一步转变政府职能,改进管理方式,推行电子政务,提高行政效率,降低行政成本,形成行为规范、运转协调、公正透明、廉洁高效的行政管理体制。

随着电子政务、电子警务、电子商务的不断向前发展,图文传输的安全和加密技术显得越加重要。针对电子政务、电子警务、电子商务应用中的通信传输技术,解决图像和数据传输中的加密问题,具有实用价值和推广价值。

总之,引入混沌通信加密系统在这些方面的应用,必将加快电子政务、电子警务、电子商务应用方面的发展,其社会意义是十分明显的。

利用混沌映射的天然隐蔽性和长期不可预测性研制的混沌图文加密应用系统,在互联网上实现电子邮件方式的加密通信,其实际效果显著,结合用户密钥隐蔽式自动传送及对密文邮件自动进行识别和解密的智能化手段,为解决电子政务应用中的通信传输技术,解决图像和数据传输中的加密问题提供了技术基础和条件。

小知识之混沌通信

混沌保密通信的基本思想是利用混沌信号作为载波,将传输信号隐藏在混沌载波之中,或者通过符号动力学分析赋予不同的波形以不同的信息序列,在接收端利用混沌的属性或同步特性解调出所传输的信息。因此收发双方的混沌同步是整个系统实现的关键。同步的前提是双方的混沌序列发生器需要有相同的初始值。